Ученые МФТИ в партнерстве с коллегами из МГУ впервые обнаружили уникальные свойства феррита кобальта, которые позволяют использовать его для создания электроники нового поколения — устройств высокочастотной связи на основе терагерцового излучения. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Today (if 26.9).
Высокочастотное терагерцовое излучение — перспективное направление развития систем связи. Объемы передаваемой за единицу времени информации напрямую определяются частотой связи. К примеру, технология 6G позволит передавать данные с частотой до 100 ГГц. Со временем человечеству необходимы будут устройства, способные функционировать и при более высоких частотах. Для решения этой задачи нужны соответствующий класс материалы, способные сгенерировать и принять такие излучения и входить с ними в резонанс.
Группа ученых из МФТИ и МГУ в партнерстве с Университетом МИСиС и НИЦ «Курчатовский институт» обнаружила способность феррита кобальта в охлажденном состоянии вступать в резонанс с высокочастотным излучением. Оказалось, что материал может резонансно поглощать частоты до 350 ГГц без приложения внешнего магнитного поля, а значит, не требует использования сверхпроводящих магнитов, подачи большого тока и очень низких температур.
«Экспериментально столь высокие частоты ферромагнитного резонанса наблюдались впервые в мире. Это уникальный и очень интересный результат. И, если по секрету, это не предел, — немного меняя условия роста феррита кобальта можно добиться частоты почти в полтора раза выше. Но эти новые результаты пока еще в процессе обработки», — отметила Людмила Алябьева, старший научный сотрудник лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ, где проводилось непосредственное наблюдение резонансов в феррите кобальта.
Синтез феррита кобальта прост, но про новую, обнаруженную исследователями интересную физику феррита кобальта ранее никто не знал. Математическая сложность уравнений, которые необходимо решить для описания физики магнитных материалов, напрямую зависит от количества магнитных подрешеток — и здесь феррит кобальта оказался проще родственных соединений. Авторы провели расчеты и выяснили, что токи для ферримагнетиков будут на несколько порядков выше, чем у антиферромагнетиков. Также ученым удалось экспериментально доказать наличие резонансных частот в материале, причем резонанс именно электронный, то есть связанный с магнитной подсистемой.
Таким образом, открылась возможность создать генераторы и детекторы терагерцового излучения для промышленного использования. Помимо феррита кобальта ученые предложили класс материалов, которые также могут использоваться в терагерцовой спинтронике.